FyzWeb  články
Jak funguje mikrovlnná trouba2007-09-23 

Proč se syrová vajíčka nemají vařit v mikrovlnce?

Vyzkoušejte si to, ale pozor na možné následky. Raději zavřete vejce do plastové láhve s širokým uzávěrem, nebo do dvou pevně spojených do sebe zasunutých plastových lahví s odříznutými vršky. V opačném případě se může snadno stát, že budete vnitřek mikrovlnné trouby dlouho a pracně čistit, o možném poškození nemluvě.


Asi dokážete sami odpovědět, proč syrové vejce prudce zahřívané v mikrovlnné troubě často doslova vybuchne. Obsah vajíčka tvořený převážně vodou se velmi rychle zahřeje a část vody se vypaří dřív, než se stačí celý vnitřek srazit a vytvořit pevnou hmotu. Tlak vzniklých par potom roztrhne skořápku a rozmetá vajíčko do okolí. K tomuto efektu snad může napomoci také tvar vajíčka, který soustřeďuje mikrovlny (podobně jako čočka světlo) do vnitřní oblasti vajíčka, které se potom zahřívá nejrychleji.

Proč se ale velmi rychle zahřeje vajíčko, kdežto plastová láhev zůstane studená?

Mikrovlnná trouba je obecně konstruována tak, aby ohřívala vodu, která se nachází v potravinách ve velké míře. Podívejme se, jak to dělá.

Molekula vody má charakteristický tvar daný atomem kyslíku a dvěma atomy vodíku, které dohromady svírají úhel přibližně 105°. Toto uspořádání způsobuje, že molekula vody vytváří takzvaný dipól. Kladné náboje jader a záporné náboje elektronových obalů nejsou v molekule vody rozmístěny zcela symetricky, což znamená, že molekula se navenek jeví na jedné straně nabitá víc kladně, na druhé záporně.


Mikrovlny produkované troubou tvoří elektromagnetické vlnění, které působí na nabité předměty, v našem případě na molekuly vody. Mikrovlny velmi rychle mění polaritu elektromagnetického pole v daném místě, podobně jako rozkmitaná struna mění svoji polohu nahoru a dolů. Takové oscilující pole působí na dipóly vody, rozkmitává je a dodává jim tak energii. Tato energie se projeví například rozrušováním chemických vazeb v řetězcích molekul navázaných k sobě a zvyšováním pohybové energie molekul. Navenek potom pozorujeme tento zvýšený pohyb molekul jako růst teploty.


Důležité je, že frekvence mikrovln (asi 2,45 GHz) je stejná jako vlastní frekvence kmitání dipólů vody. Dochází zde tedy k jevu rezonance, který určitě používáte při rozhoupávání houpačky. (I těžkou houpačku snadno rozhoupete, pokud se přizpůsobíte její vlastní frekvenci a budete do ní strkat v pravidelných intervalech odpovídajících této frekvenci.) Mikrovlny tedy díky rezonanci nejlépe rozkmitají právě molekuly vody, na jiné molekuly pole příliš nepůsobí.

    

Pokud například do mikrovlnné trouby vložíme zavázaný nafukovací balónek s trochou vody a troubu zapneme, voda se začne brzy vypařovat a tlak vzniklých par nafukuje balónek. Troubu hned vypneme (aby balónek neprasknul) a balónek se začne zmenšovat, jak pára v něm kapalní. Pokus lze provádět opakovaně.

Srdcem mikrovlnné trouby, které vytváří mikrovlny, je takzvaný magnetron (podrobnosti o konstrukci a funkci magnetronu). Elektromagnetické mikrovlny vytvořené magnetronem jsou potom "plechovým tunelem" vysílány do prostoru trouby, kde ohřívají pokrm. Vnitřní stěny mikrovlnné trouby jsou kovové, což působí, že se od nich mikrovlny odrážejí a nedostanou se ven.



Jak změřit rychlost světla, aneb proč se potraviny v mikrovlnce otáčejí

Přemýšleli jste někdy o tom, proč je ve většině mikrovlnných trub otočný talíř?

Zkuste z trouby vyndat otočný talíř (nebo pouze otáčecí kroužek), na dno rozložte plátky chleba a troubu na chvíli zapněte. Nejdéle po několika minutách začne chléb černat, ale kupodivu pouze v některých místech.

Jak to, že se nezahřívá rovnoměrně?

Mikrovlny, které se uvnitř trouby odrážejí od stěn, se spolu skládají a někde vytvářejí maxima (tam kde se setkají se stejnou polaritou) jinde vytvoří minima (odečtou se). Je to podobné, jako když začneme vodu v bazénku rozhoupávat nafukovacím lehátkem. Vzniklé vlny se šíří k okrajům, tam se odrážejí a vrací se zpět, kde se setkávají s novými vlnami. V některých místech potom začne voda více "šplouchat", v jiných místech je relativně v klidu.

        Protože mají mikrovlny stále stejnou frekvenci, vytvoří se v objemu trouby stabilní systém maxim a minim. V místech maxim se pole mění intenzivněji a uvolňuje se zde více energie. Naopak v místech minim se neuvolňuje téměř žádná energie.

Aby se tedy zamezilo nerovnoměrnému ohřívání potravin pouze v některých místech, nechají se potraviny pomalu otáčet na talíři, nebo se použije například kovový větráček na vstupu mikrovln do prostoru trouby, který odklání mikrovlny různými směry tak, že se maxima tvoří v různých místech.

Vytváření maxim mikrovln je pro ohřívání pokrmů nežádoucí. Můžeme je však "pro fyzikální pobavení" využít ke změření rychlosti světla, které je také druhem elektromagnetického vlnění a šíří se stejně rychle jako mikrovlny.


Vzdálenost dvou nejbližších maxim je vždy rovna polovině vlnové délky vlnění a pokud si přečteme na štítku trouby frekvenci mikrovln, můžeme z těchto dvou údajů snadno spočítat rychlost, s jakou se mikrovlny šíří, tedy i rychlost světla (podrobnosti k měření rychlosti světla pomocí mikrovlnné trouby).



Proč se do mikrovlnky nemají strkat kovové předměty

Položte na dno mikrovlnné trouby kousek tenkého drátku a na chvíli ji zapněte. Drátek začne za chvíli jiskřit, potom silně zableskne a rozletí se.


Stejně jako působí mikrovlny na dipóly vody, působí i na volně pohyblivé elektrony v kovu drátku. Rozkmitání elektronů způsobuje v drátku elektrický proud, který může díky poměrně vysokému výkonu trouby nabývat velkých hodnot. Průchodem takového proudu se drátek rychle zahřeje na vysokou teplotu, takže začne svítit jako vlákno žárovky a brzy se spálí.

         

Podobně můžete do mikrovlnné trouby vložit malou žárovku (nejlépe s drátěnými přívody - například do vánočních řetězů). Žárovka se po zapnutí rozsvítí a její vlákno se velmi rychle přepálí. Pokud pokus natočíte kamerou nebo fotoaparátem, můžete si snímek po snímku prohlédnout, jak rychle celý proces probíhá.

Pokud vložíme do mikrovlnné trouby například porcelán s pokovenými ozdobami budou tyto kovové části po zapnutí jiskřit a mohou se rychle vypálit.



Poznámky pro vyučující

Literatura a odkazy


Zpracováno na základě podkladů Miroslava Jílka.

Původní materiál naleznete na http://fyzweb.cuni.cz/dilna/krouzky/uvod/uvodni.htm.





Doporučit článek

Od:
Komu:
Antispam: